3
I. 3 Hasil yang Ditargetkan ,Target penelitian ini adalah : untuk mendapatkan: gambaran phenomena fluk permeat terhadap tekanan dan konsentrasi bahan kimia pencucian membran; rejeksi membran; pengaruh konsentrasi, tekanan dan jenis bahan kimia pencuci terhadap Fhik Recovery (PR) dan Recovery Removal (RR).
II. TUJUAN DAN MANFAAT P E N E L I T I A N TAHUN I 2.1. Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui dan mempelajari kemampuan membran ultrafiltrasi dengan bahan polipropylen dengan module capilarly dalam menyisihkan phopolipid dan FFA serta fluks. Efisiensi dan efektivitas berbagai agent chemical cleaning
2.2. Manfaat Penelitian.
Penelitian ini memberikan informasi tentang kinerja membran dan kinerja agen pencuci yang digunakan untuk mereduksi reversible foulant.
III. TINJAUAN PUSTAKA
S.l.Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit atau CPO Parit
Limbah ini merupakan air yang bercampur dengan minyak sawit yang lazim ditampung di kolam-kolam limbah dan bersifat non toksik karena dalam proses ekstraksi minyak sawit tidak menggunakan bahan kimia. Limbah PKS biasanya ditampung di lagon atau kolam sebelum dialirkan ke badan sungai penerima. CPO parit disebut juga palm oil mill effluent. Volume limbah cair sekitar dua kali lipat dari kapasitas PKS dan mengandung minyak sawit sekitar 0,5 %, sehingga sangat berpotensi untuk dijadikan bahan baku biodiesel. Sebagai gambaran pada tahun 2005, Indonesia memiliki 360 PKS dengan produksi TBS 71 juta ton sehingga tersedia CPO parit sebanyak 0,355 juta ton. Dengan perkiraan hilang 10% kemungkinan akan dihasilkan FAME sebanyak 0,320 juta ton yang dapat diolah menjadi 6,39 juta ton atau 7,039 juta liter biosolar pertahun (jenis BS yaitu campuran 5% FAME dan 95% petrosolar. (Prihandana R, Hendroko R dan Nuramin M , 2006).Karakteristik air limbah PKS dan komposisi kimia seperti Tabel 3.1 dan 3.2.
pH 4,0-4,6 Suhu °C 50-75 Minyak(oil), ppm 5000-20.000 TS , ppm 30.000-70.000 DS, ppm -SS, ppm 15.000-40.000 BOD 20.000-60.000 COD 40.000-120.000 Total P, ppm 90-140 Total N , ppm 500-800 Sumber: (Naiboho.PM. 199 8)
Tabel 3.2. Komposisi kimia limbah Pabrik Kelapa Sawit
Komponen %(berat kering)
Eskstraksi dengan Ether 31,6 Protein (Nx6,25) 8,2 Serat 11,9 Ekstraksi tanpa N 34,2 Abu 14,1 P 0,24 K 0,99 Ca 0,97 Mg 0,30 Na 0,08 Energi (Kcal/100 gr) 454 Sumber: (Naiboho.PM, 1998)
Pembuangan limbah segar kebadan penerima akan menyebabkan terjadinya pencemaran lingkungan, oleh sebab itu perlu dikendalikan agar sesuai
s
dengan persyaratan baku mutu yang diperkenankan. Baku mutu yang diizinkan menurut Keputusan Menteri Negara K L H No.Kep. 03/MENLH/II/1991 adalah seperti tabel 3.3.
Tabel 3.3 baku Mutu Limbah Kelapa Sawit
Parameter Beban Maksimum
pH 6-9 BOD, ppm 250 COD, ppm 500 TSS.ppm 300 N H 3 - N , ppm 20 Oil-Grease, ppm 30 Sumber: (Naiboho.PM, 1998)
3.2 Degumming secara konvensional - , ?
Proses degumming dimaksudkan untuk menghilangkan zat-zat yang terlarut atau zat-zat yang bersifat koloidal antara lain protein dan fosfatida dalam minyak mentah. Secara konvensional proses degumming adalah proses pembentukan flok-flok dari zat-zat terlarut serta terkoagulasinya zat-zat yang bersifat koloidal dalam minyak mentah. (Djoehana. S, 1992). Beberapa cara yang sering dilakukan untuk proses degumming adalah:
a. Degumming dengan menggunakan asam, seperti: H3PO4, H2SO4 dan HCL b. Degumming dengan kostik alkali.
Proses degumming yang paling banyak digunakan dewasa ini adalah proses degumming dengan menggunakan asam. Pengaruh yang ditimbulkan oleh asam adalah penggumpalan. CPO atau CPO parit untuk bahan baku biodiesel apabila gum lebih besar dari 60 ppm harus dilakukan proses degumming. Bahan baku ditambah dengan asam fosfat (H3PO4 0,6%) sebanyak 1-3%) dari volume bahan baku dan diaduk selama 30 menit, lalu diendapkan. (Prihandana R, Hendroko R dan Nuramin M , 2006)
molekulnya. Fungsi membran sebagai filter dimana pori pada membran dapat dilewati oleh cairan yang disebut dengan fluks membran sedangkan partikel tertahan pada permukaan membran. Proses pemisahan pada membran terjadi apabila umpan dilewatkan ke membran dengan gaya dorong tertentu maka akan dihasilkan fluks. Membran pada umumnya memiliki lapisan selektif yang sangat tipis berukuran 1 hingga 10 mikron dan didukung oleh lapisan penyangga yang sangat porous. Ukuran pori membran berkisar dari 0,01 hingga 1,0 mikron. Untuk produksi biodiesel ukuran pori membran yang bisa digunakan adalah: 0,05; 0,2; 0,5 dan 1,4 ///w ( Cao, 2006 ) y v .
Keuntungan penggunaan teknologi membran dibandingkan dengan proses pemisahan biasa antara lain adalah operasi mudah, modulnya kompak sehinga kebutuhan tempat relatif kecil, ramah lingkungan, dan konsumsi energi relatif rendah. Namun keterbatan membran secara umum adalah optimasi fluks, selektifitas, sensitifitas material, fouling dan dependability (Wenten, 2003). Sedangkan masalah serius sering dialami membran ultrafiltrasi adalah kecenderungan penurunan fluks yang terus menerus sepanjang waktu operasi akibat pengendapan atau perlekatan material dipermukaan membran (Rautenbach danAlbrecht, 1989).
3.4.Proses pembuatan Biodiesel dari CPO Mutu Rendah
Pada proses pembuatan biodiesel dari CPO mutu standar(FFA < 5 % ) , tranesterifikasi dilakukan hanya satu tahap. Namun, pada proses pembuatan biodiesel dari CPO mutu rendah (FFA>5%), tranesterifikasi dilakukan dua tahap, yaitu esterifikasi dan tranesterifikasi.Akibat dari proses ini akan terjadi blocking reaksi pembentukan metil ester (biodiesel) yaitu metanol yang seharusnya bereaksi dengan trigliserida terhalang oleh reaksi pembentukan sabun. Akibatnya, konsumsi metanol untuk pembuatan biodiesel melonjak dua kali lipat dan rendemen biodiesel menurun sebesar 20-30% (Prihandana R, Hendroko R dan Nuramin M , 2006). Penurunan kadar FFA Dari CPO mutu rendah dapat dilakukan dengan teknologi membran.
7
3.5 Membran Ultrafiltrasi
Membran Ultrafiltrasi umumnya diterapkan untuk memisahkan senyawa berberat molekul tinggi dari senyawa berberat molekul rendah, penggunaannya seperti industri makanan, pengolahan susu, industri farmasi, tekstil, industri kimia, industri kertas, kulit dan pengolahan limbah cair. Pori-porinya dapat terdeteksi dengan alat SEM dan kebanyakan berbentuk asimetrik, berukuran 1 - 1 0 0 [xm. Tekanan yang diperlukan relatif besar antara 1 - 1 0 bar dengan batasan fluks mencapai 10 - 50 L/m^.jam.bar (Mulder, 1996).
Membran Ultrafiltrasi dapat dibuat dari berbagai bahan polimer dan zat organik (minimum berukuran 10-2000 A ) , seperti polipropylen, Selulosa Asetat (CA), Polimer Polysulfon, Akrilik, Polikarbonat, PVC, Poliamida, Poliasetat, Polialcrilat, Polivilildenefluorida (Cheryan, 1986). Membran Juga dapat dibuat dari bahan Keramik, Aluminium Oksida, Zinkonium (Faibish dan Cohen, 2000).
3.6.PermasaIahan pada membran
Fouling adalah penurunan fluks, baik reversibel maupun irreversibel dan material didalam umpan yang mengakibatkan penurunan fluks disebut foulant. Fenomena membran fouling merupakan batasan yang sangat penting pada aplikasi teknologi. Membran fouling mengakibatkan penurunan secara substansial terhadap kondisi awal hidraulik permeabilitas membran. Penurunan permeabilitEis reversible (Reversible fouling) disebabkan adanya partikel koloid terdeposit pada permukaan dan pori membran. Sedangkan penurunan permeabilitas irreversible (Irreversible fouling) disebabkan oleh adanya partikel secara kimia fisik berikatan kuat terhadap permukaan membran maupun pori. Reversible fouling dan irreversible fouling tertera pada Gambar 3.1
InlLlal witter JCLu (bjpdiwdlc pcrauwlilllty)
IrrerardMe FoDltnt
lime
Gambar 3.1 Reversible dan Irreversible fouling pada Membran. Sumber : Faibish dan Cohen, 2001.
. Proses terjadinya fouling pada membran meliputi tahapan sebagai berikut:(Nilson, 1990).
• Polarisasi konsentrasi; adalah penigkatan konsentrasi lokal dari suatu solut pada permukaan membran.
• Perpindahan solut dari permukaan membran ke dalam material membran, dalam hal ini pori-pori membran, hingga antara solut yang satu dengan yang lain benar-benar teradsorpsi atau melewati langkah desorpsi atau adsorpsi yang reversibel dalam pori-pori membran. • Adsorpsi solut pada pori membran sehingga terjadi pemblokiran
ataupun penyempitan ukuran pori membran. Sistem aliran dead end (a) dan cross flow (b) serta mekanisme pembentukan cake dapat dilihat pada gambar 3.2
9
Suspension O O 0 O O O O Q O O p O O Q Q O Q O O O Filtrate (a) Suspension 0 O 0 o O o o o 0 _^ o 0 Filtrate (b)Gambar 3.2 Sistem aliran dead end (a) dan cross flow (b) serta mekanisme pembentukan cake.
Sumber : Chapar, 2005 „ ' \
Fouling merupakan penyebab utama berkurangnya fluks selama pemisahan secara membran dan khususnya pada mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi (Scott, 1995). Fouling dapat terjadi akibat proses endapan anorganik (kerak air), adsorpsi molekul organik, endapan partikulat dan pelekatan atau pertumbuhan mikroba {bio fouling) (Cheryan, 1986).
3.7.Sistem Aliran.
Sistem aliran pada proses pemisahan dengan membran dikenal dua jenis aliran, yaitu aliran dead end dan aliran cross flow eperti pada gambar 2.1). Pada sistem aliran cross flow, arah aliran umpan paralel atau sejajar pada permukaan membran. Aliran paralel tersebut akan menghasilkan gaya geser {shear forces) dan atau turbulensi didekat permukaan membran sehingga pembentukan filter cake (deposisi partikel yang menumpuk pada permukaan membran) relatif kecil. Sedangkan Pada aliran dead end, keseluruhan dari fluida melewati membran (sebagai media filter) dan partikel tertahan pada membran, dengan demikian fluida umpan mengalir melalui tahanan membran dan tahanan penumpukan partikel pada permukaan membran. Dengan demikian, pada aliran dead end penyumpatan {clogging) dan pembentukan cake pada membran lebih cepat terjadi
permukaan membran akan tersapu {swept away) oleh kecepatan aliran umpan. Konfigurasi Sistem Aliran Cross flow dan dead end pada gambar 3.3
'/^Cfe^^i
-'i^/;
—•1=""*
Filtrate ' Cross-flow configuration ^ e e d Flo^^ Membrane Filtrate Dead-end configurationGambar 3.3 Konfigurasi Sistem Aliran Cross flow dan </ea</ end. Sumber : EPA, 2001.
3.8.Penanganan Fouling pada Membran.
Penanganan fouling pada membran dapat dilakukan dengan berbagai cara, antara lain (Mulder, 1996):
1. Perlakuan pretreatmen pada umpan; 2. Merubah properties membran;
3. Mengurangi polarisasi konsentrasi (kondisi modul dan proses); dan 4. Pencucian.
Metode pencucian membran dapat dilakukan dengan: 1. Pencucian secara hidroulik;
2. Pencucian secara mekanik; 3. Pencucian secara kimia dan 4. Pencucian secara elektrik.
11 3.9.Pencucian Kimiawi Membran.
Teknik-teknik untuk penghilangan (pembersihan) endapan dari membran yang mengalami fouling diantaranya secara kimia (menggunakan bahan kimia), mekanis (osmosis langsung, pembilasan) dan kombinasi keduanya. Pencucian membran menggunakan bahan kimia merupakan metode yang secara luas digunakan untuk mengendalikan fouling. Mekanisme pencucian dan efektivitas setiap metode pencucian yang berbeda terhadap perbedaan tipe fouling (Lim dan Bai, 2003). Pabrikan membran umumnya merekomendasikan bahan-bahan yang sesuai untuk produknya. Tipe bahan pencuci adalah (Scott, 1995):
1) asam (kuat atau lemah);
• 2) alkali (NaOH); , . , ,
3) deterjen; ! ,v 4) bahan pengkompleks (EDTA) dan r - j
5) desinfektan.
Pencucian dengan asam, efektif dalam menghilangkan kerak-kerak kalsium (seperti kalsium karbonat dan kalsium pospat) besi oksida, dan logam sulfida akan tetapi pengaruhnya terbatas pada kerak-kerak yang terbentuk oleh silika dan metal silikat dan dalam menghilangkan padatan-padatan tersuspensi biologi dan foulant organik lainnya. Larutan pencuci alkali (seperti pospat, karbonat dan hidroksida) digunakan untuk melepaskan, emulsi dan dispersi endapan. Efek deterjen dari
alkaline cleaner biasanya ditingkatkan dengan penambahan surfaktan (Scott,
1995). Pencucian membran menyebabkan bahan kimia bereaksi dengan endapan, kerak, produk korosi dan foulant yang lainnya.
Pencucian secara kimiwi dilakukan dengan beberapa mekanisme :
a. Pemindahan foulant dari permukaan membran (dengan adsorpsi kompetitif zat ptmhQxsxhlcleaning agents seperti surfaktan).
b. Pelarutan foulant (dengan mengubah kelarutan foulant menggunakan emulsifier, dispersan, atau perpaizing agent).
c. Modifikasi sturktur kimia dari foulant (safonifikasi dari lemak dan minyak, oksidasi dan degradasi protein, kelasi kation divalent, atau reaksi metal oksida dengan metal asam.
